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干燥机工作原理

信息来源: 健达干燥 | 发布日期:2016-12-20| 浏览量:
关键词:干燥机工作原理
  在工业生产中,由于被干燥物料的形状(块状、粒状、溶液、浆状及膏糊状等)和性质(耐热性、含水量、分散性、粘性、耐酸碱性、防爆性及湿度等)不同,生产规模或生产能力也相差较大,对干燥产品的要求(如含水量、形状、强度及粒度等)也不尽相同,因此,所采用干燥器的型式也是多种多样的。今天,小七就带大家认识一下各种干燥机运行原理。

  通常,干燥器可按加热方式分成如表下所示的类型。

  常用干燥器的分类

  1厢式干燥器

  厢式干燥器又称盘式干燥器,是一种常压间歇操作的最古老的干燥设备之一。一般小型的称为烘箱,大型的称为烘房。按气体流动的方式,又可分为并流式、穿流式和真空式。

  并流式干燥器的基本结构如图片5-16所示,被干燥物料放在盘架7上的浅盘内,物料的堆积厚度约为10~100mm。风机3吸入的新鲜空气,经加热器5预热后沿挡板6均匀地水平掠过各浅盘内物料的表面,对物料进行干燥。部分废气经排出管2排出,余下的循环使用,以提高热效率。废气循环量由吸入口或排出口的挡板进行调节。空气的流速根据物料的粒度而定,应使物料不被气流挟带出干燥器为原则,一般为1~10m/s。这种干燥器的浅盘也可放在能移动的小车盘架上,以方便物料的装卸,减轻劳动强度。

  若对干燥过程有特殊要求,如干燥热敏性物料、易燃易爆物料或物料的湿分需要回收等,厢式干燥器可在真空下操作,称为厢式真空干燥器。干燥厢是密封的,将浅盘架制成空心的,加热蒸汽从中通过,干燥时以传导方式加热物料,使盘中物料所含水分或溶剂汽化,汽化出的水汽或溶剂蒸汽用真空泵抽出,以维持厢内的真空度。

  穿流式干燥器的结构如图5-17所示,物料铺在多孔的浅盘(或网)上,气流垂直地穿过物料层,两层物料之间设置倾斜的挡板,以防从一层物料中吹出的湿空气再吹入另一层。空气通过小孔的速度约为0.3~1.2m/s。穿流式干燥器适用于通气性好的颗粒状物料,其干燥速率通常为并流时的8~10倍。

  厢式干燥器还可用烟道气作为干燥介质。

  厢式干燥器的优点是结构简单,设备投资少,适应性强。缺点是劳动强度大,装卸物料热损失大,产品质量不易均匀。厢式干燥器一般应用于少量、多品种物料的干燥,尤其适合于实验室应用。

  2洞道式干燥器

  洞道式干燥器的器身为狭长的洞道,内敷设铁轨,一系列的小车载着盛于浅盘中或悬挂在架上的湿物料通过洞道,在洞道中与热空气接触而被干燥。小车可以连续地或间歇地进出洞道。

  由于洞道干燥器的容积大,小车在器内停留时间长,因此适用于处理量大,干燥时间长的物料,如木材、陶瓷等。干燥介质为热空气或烟道气,气速一般应大于2~3m/s。洞道中也可采用中间加热或废气循环操作。

  3.带式干燥器

  带式干燥器如图5-19所示,干燥室的截面为长方形,内部安装有网状传送带,物料置于传送带上,气流与物料错流流动,带子在前移过程中,物料不断地与热空气接触而被干燥。传送带可以是单层的,也可以是多层的,带宽约为1~3m、带长约为4~50m,干燥时间约为5~120min。通常在物料的运动方向上分成许多区段,每个区段都可装设风机和加热器。在不同区段内,气流的方向、温度、湿度及速度都可以不同,如在湿料区段,操作气速可大些。

  根据被干燥物料的性质不同,传送带可用帆布、橡胶、涂胶布或金属丝网制成。

  物料在带式干燥器内基本可保持原状,也可同时连续干燥多种固体物料,但要求带上物料的堆积厚度、装载密度均匀一致,否则通风不均匀,会使产品质量下降。这种干燥器的生产能力及热效率均较低,热效率约在40%以下。带式干燥器适用于干燥颗粒状、块状和纤维状的物料。

  4转筒干燥器

  上图所示的为用热空气直接加热的逆流操作转筒干燥器,其主体为一略微倾斜的旋转圆筒。湿物料从转筒较高的一端送入,热空气由另一端进入,气固在转筒内逆流接触,随着转筒的旋转,物料在重力作用下流向较低的一端。通常转筒内壁上装有若干块抄板,其作用是将物料抄起后再洒下,以增大干燥表面积,提高干燥速率,同时还促使物料向前运行。当转筒旋转一周时,物料被抄起和洒下一次,物料前进的距离等于其落下的高度乘以转筒的倾斜率。如图5-21所示,抄板的型式多种多样。同一回转筒内可采用不同的抄板,如前半部分可采用结构较简单的抄板,而后半部分采用结构较复杂的抄板。

  干燥器内空气与物料间的流向除逆流(counter-current flow)外,还可采用并流(co-current flow)或并逆流相结合的操作。并流时,入口处湿物料与高温、低湿的热气体相遇,干燥速率最大,沿着物料的移动方向,热气体温度降低,湿度增大,干燥速率逐渐减小,至出口时为最小。因此,并流操作适用于含水量较高且允许快速干燥、不能耐高温、吸水性较小的物料。而逆流时干燥器内各段干燥速率相差不大,它适用于不允许快速干燥而产品能耐高温的物料。

  为了减少粉尘的飞扬,气体在干燥器内的速度不宜过高,对粒径为1mm左右的物料,气体速度为0.3~1.0m/s;对粒径为5mm左右的物料,气速在3m/s以下,有时为防止转筒中粉尘外流,可采用真空操作。转筒干燥器的体积传热系数较低,约为0.2~0.5W/(m3·℃)。

  对于能耐高温且不怕污染的物料,还可采用烟道气作为干燥介质。对于不能受污染或极易引起大量粉尘的物料,可采用间接加热的转筒干燥器。这种干燥器的传热壁面为装在转筒轴心处的一个固定的同心圆筒,筒内通以烟道气,也可沿转筒内壁装一圈或几圈固定的轴向加热管。由于间接加热转筒干燥器的效率低,目前较少采用。

  转筒干燥器的优点是机械化程度高,生产能力大,流体阻力小,容易控制,产品质量均匀。此外,转筒干燥器对物料的适应性较强,不仅适用于处理散粒状物料,当处理粘性膏状物料或含水量较高的物料时,可于其中掺入部分干料以降低粘性,或在转筒外壁安装敲打器械以防止物料粘壁。转筒干燥器的缺点是设备笨重,金属材料耗量多,热效率低(约为30%~50%),结构复杂,占地面积大,传动部件需经常维修等。目前国内采用的转筒干燥器直径为0.6~2.5m,长度为2~27m;处理物料的含水量为3~50%,产品含水量可降到0.5%,甚至低到0.1%(均为湿基)。物料在转筒内的停留时间为5min~2h,转筒转速1~8r/min,倾角在8°以下。

  5.气流干燥器

  气流干燥器是一种连续操作的干燥器。湿物料首先被热气流分散成粉粒状,在随热气流并流运动的过程中被干燥。气流干燥器可处理泥状、粉粒状或块状的湿物料,对于泥状物料需装设分散器,对于块状物料需附设粉碎机。气流干燥器有直管型、脉冲管型、倒锥型、套管型、环型和旋风型等。

  图5-22所示为装有粉碎机(boulder crusher)的直管型气流干燥装置的流程图。气流干燥器的主体是直立圆管4,湿物料由加料斗9加入螺旋输送混合器1中与一定量的干物料混合,混合后的物料与来自燃烧炉2的干燥介质(热空气、烟道气等)一同进入粉碎机3粉碎,粉碎后的物料被吹入气流干燥器中。在干燥器中,由于热气体作高速运动,使物料颗粒分散并随气流一起运动,热气流与物料间进行热质传递,使物料得以干燥。干燥后的物料随气流进入旋风分离器(cyclone separator)5,经分离后由底部排出,再经分配器8,部分作为产品排出,部分送入螺旋混合器供循环使用,而废气经风机6放空。

  气流干燥器具有以下特点:

  (1)处理量大,干燥强度大。由于气流的速度可高达20~40m/s,物料又悬浮于气流中,因此气固间的接触面积大,热质传递速率快。对粒径在50μm以下的颗粒,可得到干燥均匀且含水量很低的产品。

  (2)干燥时间短。物料在干燥器内一般只停留0.5~2s,故即使干燥介质温度较高,物料温度也不会升的太高。因此,适用于热敏性、易氧化物料的干燥。

  (3)设备结构简单,占地面积小。固体物料在气流作用下形成稀相输送床,所以输送方便,操作稳定,成品质量均匀,但对所处理物料的粒度有一定的限制。

  (4)产品磨损较大。由于干燥管内气速较高,物料颗粒之间、物料颗粒与器壁之间将发生相互摩擦及碰撞,对物料有破碎作用,因此气流干燥器不适于易粉碎的物料。

  (5)对除尘设备要求严,系统的流体阻力较大。

  采用30~40m/s的气速对粒径在100μm以下的聚氯乙烯颗粒进行气流干燥实验,测得的体积传热系数 与干燥管高度Z的关系如图5-23所示,可看出,干燥管底部 的数值最大, 随Z增高而降低,在干燥管底部降的最快。

  当湿物料进入干燥管后,物料颗粒在干燥器中的运动属于固体颗粒在流动流体中的沉降运动,将经历加速段和恒速段。通常加速段在加料口之上1~3m内完成,加速段内气体与颗粒间相对速度大,因而对流传热系数也大;同时在干燥管底部颗粒最密集,即单位体积干燥器中具有较大的传热面积,所以加速段中的体积传热系数也较大。另一方面,在干燥管的底部,气固间的温度差也较大,干燥速率最快。一般地,在加料口以上1m左右的干燥管内,由气体传给物料的热量约占整个干燥管中传热量的1/2~3/4。

  由上分析可知,欲提高气流干燥器的干燥速率和降低干燥管的高度,应发挥干燥管底部加速段的作用以及增加气体和颗粒间的相对速度。据此已提出许多改进的措施,如采用脉冲管,即将等径干燥管底部接上一段或几段变径管,使气流和颗粒速度处于不断地改变状态,从而产生与加速段相似的作用。

  6.流化床干燥器

  流化床干燥器又称沸腾床干燥器,是流态化技术在干燥操作中的应用。流化床干燥器种类很多,大致可分为:单层流化床干燥器、多层流化床干燥器、卧式多室流化床干燥器、喷动床干燥器、旋转快速干燥器、振动流化床干燥器、离心流化床干燥器和内热式流化床干燥器等。

  图5-24为单层圆筒流化床干燥器。颗粒物料放置在分布板上,热空气由多孔板的底部送入,使其均匀地分布并与物料接触。气速控制在临界流化速度和带出速度之间,使颗粒在流化床中上下翻动,彼此碰撞混合,气固间进行传热和传质。气体温度降低,湿度增大,物料含水量不断降低,最终在干燥器底部得到干燥产品。热气体由干燥器顶部排出,经旋风分离器分出细小颗粒后放空。当静止物料层的高度为0.05~0.15m时,对于粒径大于0.5mm的物料,气速可取为(0.4~0.8)ut;对于粒径较小的物料,颗粒床内易发生结块,一般由实验确定操作气速。

  流化床干燥器的特点:

  (1)流化干燥与气流干燥一样,具有较高的热质传递速率,体积传热系数可高达2300~7000W/(m3.℃)。

  (2)物料在干燥器中停留时间可自由调节,由出料口控制,因此可以得到含水量很低的产品。当物料干燥过程存在降速阶段时,采用流化床干燥较为有利。另外,当干燥大颗粒物料,不适于采用气流干燥器时,若采用流化床干燥器,则可通过调节风速来完成干燥操作。

  (3)流化床干燥器结构简单,造价低,活动部件少,操作维修方便。与气流干燥器相比,流化床干燥器的流体阻力较小,对物料的摩损较轻,气固分离较易,热效率较高(对非结合水的干燥为60~80%,对结合水的干燥为30~50%)。

  (4)流化床干燥器适用于处理粒径为30μm~6mm的粉粒状物料,粒径过小使气体通过分布板后易产生局部沟流,且颗粒易被夹带;粒径过大则流化需要较高的气速,从而使流体阻力加大、磨损严重。流化床干燥器处理粉粒状物料时,要求物料中含水量为2~5%,对颗粒状物料则可低于10~15%,否则物料的流动性较差。但若在湿物料中加人部分干料或在器内设置搅拌器,则有利于物料的流化并防止结块。

  由于流化床中存在返混或短路,可能有一部分物料未经充分干燥就离开干燥器,而另一部分物料又会因停留时间过长而产生过度干燥现象。因此单层沸腾床干燥器仅适用于易干燥、处理量较大而对干燥产品的要求又不太高的场合。

  对于干燥要求较高或所需干燥时间较长的物料,一般可采用多层(或多室)流化床干燥器。图5-25所示的为两层流化床干燥器。物料从上部加入,由第一层经溢流管流到第二层,然后由出料口排出。热气体由干燥器的底部送入,依次通过第二层及第一层分布板,与物料接触后的废气由器顶排出。物料与热气流逆流接触,物料在每层中相互混合,但层与层间不发生混合。多层流化床干燥器中物料与热空气经多次接触,尾气湿度大,温度低,热效率较高;但设备结构复杂,流体阻力较大,需要高压风机。另外,对于多层流化床干燥器,需要解决好物料由上层定量地转入下一层及防止热气流沿溢流管短路流动等问题。因此,若操作不当,将破坏物料的正常流化。国内采用五层流化床干燥器干燥涤纶切片,取得良好效果。

  7卧式多室沸腾床干燥器

  图片5-26所示为卧式多室流化床干燥器,其主体为长方体,一般在器内用垂直挡板分隔成4~8室。挡板下端与多孔板之间留有几十毫米的间隙(一般取为床层中静止物料层高度的1/4~1/2),使物料能逐室通过,最后越过堰板而卸出。热空气分别通过各室,各室的温度、湿度和流量均可调节,如第一室中的物料较湿,热空气流量可大些,同时可设置搅拌器使物料分散,最后一室可通入冷空气冷却干燥产品,以便于贮存。这种型式的干燥器与多层流化床干燥器相比,操作稳定可靠,流体阻力较小,但热效率较低,耗气量大。

  沸腾床干燥器

  8.喷雾干燥器

  喷雾干燥器是将溶液、浆液或悬浮液通过喷雾器而形成雾状细滴并分散于热气流中,使水分迅速汽化而达到干燥的目的。热气流与物料可采用并流、逆流或混合流等接触方式。根据对产品的要求,最终可获得30~50μm微粒的干燥产品。这种干燥方法不需要将原料预先进行机械分离,且干燥时间很短(一般为5~30s),因此适宜于热敏性物料的干燥,如食品、药品、生物制品、染料、塑料及化肥等。

  常用的喷雾干燥流程如图5-27所示。浆液用送料泵压至喷雾器(喷嘴),经喷嘴喷成雾滴而分散在热气流中,雾滴中的水分迅速汽化,成为微粒或细粉落到器底。产品由风机吸至旋风分离器中而被回收,废气经风机排出。喷雾干燥的干燥介质多为热空气,也可用烟道气,对含有机溶剂的物料,可使用氮气等惰性气体。

  喷雾器是喷雾干燥的关键部分。液体通过喷雾器分散成10~60μm的雾滴,提供了很大的蒸发面积(每m3溶液具有的表面积为100~600m2),从而达到快速干燥的目的。对喷雾器的一般要求为:形成的雾粒均匀,结构简单,生产能力大,能量消耗低及操作容易等。常用的喷雾器有三种基本型式:

  (1)压力式喷雾器压力式喷雾器(mist blower)如图5-28b所示。用高压泵使液浆获得高压(3~20MPa),液浆进入喷嘴的螺旋室并作高速旋转,然后从出口小孔呈雾状喷出。压力式喷雾器的特点是结构简单、操作简便、耗能低、生产能力大,但需使用高压系统。压力式喷雾器是目前应用最广的喷雾器。

  (2)旋转式喷雾器(rotary atomizer)图5-28a所示为旋转式喷雾器,料液被送到一高速旋转圆盘的中部,圆盘上有放射形叶片,一般圆盘转速为4000~20000r/min,圆周速度为100~160m/s。液体在离心力的作用下,呈雾状从圆盘的周边甩出。当处理物料的固体浓度较大时,宜采用旋转式喷雾器。

  (3)气流式喷雾器气流式喷雾器如图5-28c所示。用高速气流使料液经过喷嘴成雾滴而喷出。一般所用压缩空气的压力在0.3~0.7MPa。气流式喷雾器所喷出的雾滴最细,当处理量较少时,常采用气流式喷雾器。气流式喷雾器也可用于处理含有少量固体的溶液。

  喷雾室有塔式和箱式两种,以塔式应用最为广泛。

  物料与气流在干燥器中的流向分为并流、逆流和混合流三种。每种流向又可分为直线流动和螺旋流动。对于易粘壁的物料,宜采用直线流的并流,液滴随高速气流直行而下,从而减少了雾滴粘附于器壁的机会,但雾滴在干燥器中的停留时间相对较短。螺旋形流动时物料在器内的停留时间较长,但由于离心力的作用将粒子甩向器壁,因而增加了物料粘壁的机会。逆流时物料在器内的停留时间也较长,宜用于干燥较大颗粒或较难干燥的物料,但不适用于热敏性物料,且逆流时废气是由器顶排出,为了减少未干燥的雾滴被气流带走,气体速度不能太高,因此对一定的生产能力而言,干燥器直径较大。

  喷雾干燥的优点是干燥速率快、时间短,尤其适用于热敏物料的干燥;可连续操作,产品质量稳定;干燥过程中无粉尘飞扬,劳动条件较好;对于其它方法难于进行干燥的低浓度溶液,不需经蒸发、结晶、机械分离及粉碎等操作便可由料液直接获得干燥产品。其缺点是对不耐高温的物料体积传热系数低,所需干燥器的容积大;单位产品耗热量大及动力消耗大。另外,对细粉粒产品需高效分离装置。

  9滚筒干燥器

  滚筒干燥器是以导热方式加热的连续干燥器,它适用于溶液、悬浮液、胶体溶液等流动性物料的干燥。

  双滚筒干燥器布料方式

  上图为双滚筒干燥器(double drum dryer),主体为两个旋转方向相反的滚筒,滚筒部分表面浸在料槽中,当滚筒转动时,从料槽中转出的那部分表面便沾上厚度为0.3~5mm的薄层料浆。加热蒸汽通入滚筒内部,通过筒壁的导热,使物料中的水分蒸发,水汽与其挟带的粉尘由滚筒上方的排气罩排出。滚筒转动一周,物料即被干燥,并由滚筒壁上的刮刀刮下,经螺旋输送器送出。对易沉淀的料浆可将原料向两滚筒间的缝隙处洒下。

  滚筒直径一般为0.5~1.0m、长度为1~3m、转速为1~3r/min。处理物料的含水量可为10~80%。滚筒干燥器热效率高(热效率为70~80%),动力消耗小(大约为0.02~0.05kW/kg水),干燥强度大(30~70kg水/(h·m2)),物料停留时间短(5~30s),操作简单。但滚筒干燥器结构复杂,传热面积小(一般不超过12m2),干燥产品含水量较高(一般为3~10%)。滚筒干燥器与喷雾干燥器相比,具有动力消耗低、投资少,维修费用少,干燥时间和干燥温度容易调节(可改变滚筒转速和加热蒸汽压力)等优点,但其在生产能力、劳动强度和条件等方面则不如喷雾干燥器。

  10闪蒸干燥机

  闪蒸干燥机是由热空气切线进入干燥器底部,在搅拌器带动下形成强有力的旋转风场。物料由螺旋加料器进入干燥器内,在高速旋转搅拌桨的强烈作用下,物料受撞击、磨擦及剪切力的作用下得到分散,块状物料迅速粉碎,与热空气充分接触、受热、干燥。干燥好的物料被气流携带进入收尘系统进行收集处理,符合环保要求含尘量《50mg/m3的尾气由引风机排空,完成整个干燥过程。

  闪蒸干燥机是集干燥、粉碎、筛分于一体的新型连续式干燥设备,特别适用于滤饼状、膏糊状、稀泥浆状物料的烘干。湿物料在干燥塔内干燥时间仅为5-8秒,水份瞬间蒸发,干燥出的产品质量与干燥的温度,风速,风量,破碎的速度有很大关系,江阴名正机械有创新设计方案,可调节闪蒸干燥切线进入的风速,可调节出料的成品颗粒的大小,终含水量的高低。

  热空气由入口管以切线方向进入干燥室底部的环隙,并螺旋状上升,同时,物料由加料器定量加入塔内,并与热空气进行充分热交换,较大较湿的物料在搅拌器作用下被机械破碎,湿含量较低及颗粒度较小的物料随旋转气流一并上升,输送至分离器进行气固分离,成品收集包装,而尾气则经除尘装置处理后排空。

  11污泥干燥机

  污泥专用干燥机是一种间接加热低速搅拌型干燥机。设备内部有两根或者四根空心转动轴,空心轴上密集并联排列着扇面楔形中空叶片,结构设计特殊巧妙。轴体相对转动,利用角速度相同而线速度不同的原理和结构巧妙地达到了轴体上污泥的自清理作用,最大限度地防止了污泥干化过程中的“抱轴”现象。以最快速度使得污泥在干化过程中迅速冲过“胶粘化相区域”。同时巧妙的结构使得污泥在干化过程中达到了双向剪切状态。被干燥的污泥由螺旋送料机定量地连续送入干燥机的加料口,污泥进入器身后,通过桨叶的转动使污泥翻转、搅拌,不断更新加热介面,与器身和桨叶接触,被充分加热,使污泥所含的表面水分蒸发。同时,污泥随桨叶轴的旋转成螺旋轨迹向出料口方向输送,在输送中继续搅拌,使污泥中渗出的水分继续蒸发。最后,干燥均匀的合格产品由出料口排出。采用夹套式壳体结构,使得污泥在机器内部各个界面均匀受热,轴体转动,污泥在设备内不段翻腾,受热面不断翻新。从而大大提高了设备的蒸法效率,既达到了污泥干化的目的,又实现了整套装置的低成本运行。

  污泥干燥机主要由引风机、打散装置、带式上料机、进料机、回转滚筒、热源、带式出料机、卸料器和配电柜构成。因此万泰污泥干燥机的工作区包括出料区、倾斜扬料板区、清理区、导料区构成。

  一、导料区,湿污泥进入此区与高温热风接触迅速蒸发水分,物料在大导角的抄板抄动下,形不成粘结便被导入下一个工作区;

  二、出料区,滚筒在此区不设抄板,物料在此区滚动滑行至排料口,完成整个干燥过程;

  三、清理区,湿污泥在此区被抄板抄抄起形成料幕状态,物料落下时易形成粘结滚筒壁现象,在此区由于设备设计有清扫装置,清扫装置便十分合理地清扫了内壁粘附的物料,在这个过程中,清扫装置对于物料团球结块也起破碎作用,从而增加了热交换面积,提高了干燥速率;

  四、倾斜扬料板区,湿污泥在此区已呈低水分松散状态,物料在此区已不具有粘结现象,经过热交换后物料达到所要求的水分状态,进入最后的出料区..有着多种微生物的河流水渠污泥一直以来被人们所忽视,也为城市环境治理带来诸多难题。我厂研发的污泥烘干设备可将污泥烘干,便于污泥生物有机肥的生产,是有机肥制造企业的首选烘干设备。

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